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30.04.2016

14:49 Uhr

Standards der Industrie 4.0

Eine neue Sprache für Maschinen

VonEva-Maria Hommel

Mit internationalen Kooperationen wollen Verbände technische Normen für die Vernetzung von Industriebetrieben etablieren. Doch die einheitliche Sprache der Maschinen hat ihre Tücken.

Die Industrie muss neue Standards entwickeln, damit der Wandel gelingt. dpa

Sprechen Roboter eine Sprache?

Die Industrie muss neue Standards entwickeln, damit der Wandel gelingt.

FreibergFür Privatnutzer ist es selbstverständlich: Der USB-Stick passt an den Fernseher, das Mobiltelefon lässt sich per Bluetooth mit dem Autoradio verbinden. Doch das funktioniert nur, weil sich die Hersteller auf gemeinsame Schnittstellen verständigt haben und auf Regeln, wie die Geräte miteinander kommunizieren sollen. Schwieriger wird es, wenn Maschinen, Produktteile und Computer vernetzt werden sollen. Da müssen neue Standards her. Die fehlen noch. Der „Deutsche Industrie 4.0 Index“, eine Umfrage der Unternehmensberatung Staufen, ergab: Mehr als die Hälfte der befragten 179 Industriefirmen sieht es als Hindernis auf dem Weg zur vernetzten Produktion, dass es keine Standards gibt.

Der Weg zur Industrie 4.0

1. Industrielle Revolution

Alles begann mit der Dampfmaschine. Sie gab der Industrialisierung den entscheidenden Schub. In den Fabriken war man plötzlich weniger abhängig von menschlicher Muskelkraft. Mechanische Produktionsanlagen fertigten Waren schneller und in größerer Stückzahl als bisher. Als Stichtag gilt der erste mechanische Webstuhl in einer Fabrik im Jahr 1784.

2. Industrielle Revolution

Auf diese erste industrielle Revolution folgten weitere Entwicklungssprünge, jeder ausgelöst durch technologische Fortschritte. So ermöglichte die elektrische Energie Anfang des 20. Jahrhunderts die arbeitsteilige Massenproduktion. Im Jahr 1870 liefen die ersten Fließbänder in den Schlachthöfen von Cincinnati an.

3. Industrielle Revolution

Zu Beginn der 1970er-Jahre zogen Elektronik und Informationstechnologien in die Fabriken ein und sorgten für eine Automatisierung der Produktionsprozesse. Maschinen übernahmen Arbeitsschritte, die zuvor per Hand erledigt worden waren. In dieser dritten Phase des Industrialisierungsprozesses befinden wir uns auch heute noch – und stehen an der Schwelle zur Industrie 4.0.

4. Industrielle Revolution

Die sogenannte Industrie 4.0 steht noch ganz am Anfang und besteht bisher vor allem aus Visionen. Angestoßen wird diese vierte Stufe der industriellen Revolution wieder durch technologischen Fortschritt: Die gesamte Produktionslogik wandelt sich, in der Industrie 4.0 verschmelzen die physikalische und virtuelle Welt. Am Ende steht die vernetzte Fabrik und eine zunehmend autonome Produktions- und Logistikkette, mit Maschinen, Geräten und Produkten, die scheinbar selbstständig arbeiten.

Zur Hannover Messe haben Industrieverbände jetzt das Standardization Council Industrie 4.0 gegründet. Ziel dieser Normungsinitiative: Man will die noch bestehenden Branchengrenzen zwischen Elektrotechnik, Maschinenbau und IT überwinden. Zuvor hatten die Branchenverbände - der Digitalverband Bitkom, der Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau und der Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie - bereits in der Plattform Industrie 4.0 zusammengearbeitet.

Die stand lange in Konkurrenz zum US-amerikanischen Industrial Internet Consortium (IIC). Beide Gremien entwickeln Referenzarchitekturen, die Mindestanforderungen an Software und Maschinen beschreiben. Seit März arbeiten sie zusammen. Was das bringt, zeigt Bosch bereits in seinem Werk in Homburg im Saarland. Eine Software hilft dort, die Produktion von Hydraulikventilen vorausschauend zu steuern - und dadurch weniger Strom zu verbrauchen. Dabei funktioniert die Produktionsanlage nach deutschen Standards, das Energiemanagement nach amerikanischen. „Ihren vollen Nutzen kann Industrie 4.0 nur entfalten, wenn sie nicht an nationalen Grenzen gestoppt wird“, sagt Bosch-Geschäftsführer Werner Struth.

Das Internet der Dinge

Alltägliche Objekte im Netz

Das Internet ist bekannt als Infrastruktur, über die Menschen Daten austauschen – ob mit dem PC, Laptop oder Smartphone. Es geht also letztlich um Computer, die miteinander kommunizieren. Doch heutzutage lassen sich immer mehr Objekte vernetzen: Heizung und Haustür, T-Shirt und Brille, Auto und Heizung.

Eine Sache, viele Begriffe

Den Begriff „Internet der Dinge“ prägten Wissenschaftler am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Boston Ende der 90er Jahre. Es kursieren aber viele Begriffe. „Industrial Internet“ betont die wirtschaftliche Bedeutung, „Machine to Machine“ (abgekürzt M2M) beschreibt eher technisch, dass Geräte autonom Daten austauschen.

Einsatz in der Wirtschaft

Bislang ist das Internet der Dinge vor allem eine Sache der Wirtschaft: Logistikunternehmen verfolgen beispielsweise den Weg von Lieferungen. Technologie-Hersteller bringen aber zunehmend auch Produkte für Verbraucher auf den Markt, etwa Heizungssteuerungen.

Mini-Computer und Funkantenne

Vernetzte Objekte benötigen eine Art Mini-Computer und eine Funkantenne, außerdem Sensoren – im Fall einer Heizungssteuerung etwa, um die Temperatur zu messen. Diese Komponenten sind in den vergangenen Jahren so geworden, dass immer neue Einsatzgebiete in Frage kommen.

Sextillionen von Adressen

Damit vernetzte Objekte übers Internet gesteuert werden können, muss man sie eindeutig ansprechen können. Ein neuer Standard namens IPv6 soll dafür sorgen, dass auch im Zeitalter vernetzter Autos und Heizungen genügend IP-Adressen vorhanden sind – es sind 340 Sextillionen, also eine 340 mit 36 Nullen.

Markt mit Riesenpotenzial

Es ist schwierig, den Vernetzungstrend in Zahlen zu fassen, der Markt ist noch zu jung. Der Marktforscher Gartner wagt die Prognose, dass bis 2020 rund 26 Milliarden Geräte im Internet der Dinge sind – PCs, Tablets und Smartphones sind darin nicht eingeschlossen. Der Umsatz mit Produkten und Diensten werde auf mehr als 300 Milliarden Dollar wachsen. Noch optimistischer ist der Netzwerkausrüster Cisco, der bis dahin 50 Milliarden vernetzte Geräte erwartet.

Diskussion über Datenschutz

Der Siegeszug der vernetzten Geräte dürfte einige Diskussionen über den Datenschutz nach sich ziehen. Ein Beispiel: Darf eine Versicherung die Bewegungsdaten eines Autobesitzers auswerten, um den Tarif ans Fahrverhalten anzupassen? Oder darf die Polizei nach einem Unfall überprüfen, ob der Fahrer zu schnell war?

Dennoch wollen die Unternehmen zunächst in Deutschland das Referenzarchitekturmodell RAMI 4.0 weiterentwickeln. Es bildet den Rahmen, in den Einzelstandards eingebettet werden. Jedes Gerät bekommt eine Beschreibung, die von anderen Maschinen gelesen werden kann. Außerdem erkennt man auf den ersten Blick, wo Standards fehlen oder sich überschneiden.

Eine weitere Baustelle ist das Internetprotokoll, das das Verschicken von Datenpaketen zwischen Rechnern regelt. Weltweit funktionieren die meisten Geräte mit dem fast 30 Jahre alten IPv4. Das allerdings stellt nur vier Milliarden IP-Adressen bereit, die meisten sind schon vergeben. Und jedes Gerät, das ins Internet soll, braucht eine IP-Adresse.

Nach Auskunft von Unternehmen und Verbänden im Deutschen IPv6-Rat bietet das Nachfolge-Protokoll 340 Sextillionen IP-Adressen - das ist eine Zahl mit 39 Stellen. Außerdem sei es damit möglich, beispielsweise Autos zu vernetzen und Sicherheitslücken zu schließen. IPv6 könnte sich bald durchsetzen: Nach Informationen des Hasso-Plattner-Instituts an der Universität Potsdam laufen bereits knapp 20 Prozent der Datentransfers von Unternehmen auf Basis des neuen Standards.

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